DE2215795A1

DE2215795A1 - In begrenztem Bereich temperaturabhängiges Ventil

Info

Publication number: DE2215795A1
Application number: DE19722215795
Authority: DE
Inventors: Robert Taeusch Yellow Springs Ohio Gifford (V.StA.)
Original assignee: Vernay Laboratories Inc
Current assignee: Vernay Laboratories Inc
Priority date: 1971-04-09
Filing date: 1972-03-30
Publication date: 1972-10-19
Also published as: GB1376401A; FR2136024A5; IT949678B; CA950873A; SE380604B; US3696997A

Description

1971 /

Priorität: 9. April/- USA - SerialNo. 132

Bei einem älteren Vorschlag (Docket 54l1) ist eine Ventilanordnung beschrieben, in der ein einheitlicher stangenartiger Ventilkörper in einem Ventilgehäuse aufgenommen ist, wobei das eine Ende des Ventilkörpers an dem Gehäuse angebracht ist und das gegenüberliegende Ende nach außerhalb von dort in eine Fließmittelströnungsöffnung vorspringt. Der Durchmesser des Ventilkörpers ist in ausreichender Weise kleiner als die Innenbohrung des Ventilgehäuses, um es zu ermöglichen, daß sich der Hauptkörper des Ventils innerhalb des Gehäuses bewegt. Die Materialien, aus denen Gehäuse und Ventilkörper hergestellt sind, sind so ausgewählt, daß der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient de« Ventilkörpers beachtlich größer als der des Gehäuses ist.

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Das freie Ende des Ventilkörpers springt nach außen von den Gehäuse so vor, daß wenn das Gehäuse an der Wand des Körpers mit einer Stömungsöffnung darin angebracht ist, durch die das Fließmittel, welches zu regulieren ist, fließt, das nach außen vorspringende Ende des Ventilkörpers in der Fließmittelströmungsöffnung angeordnet ist. Bei dieser Konstruktion bewirkt ein Steigen der Temperatur eine Ausdehnung des Ventilkörpers und treibt sein nach außen vorspringendes Ende weiter in die Fließmittelströmungsöffnung hinein. Dies führt zu einer Verminderung des wirksamen Strömungsbereiches durch die Öffnung. Eine Temperaturabnahme führt selbstverständlich zu einer Steigerung des wirksamen Strömungsbereiches, wenn sich der Ventilkörper zusammenzieht, und auf diese Weise wird die Strömung des Fließmittels durch die Öffnung in Abhängigkeit von Temperaturveränderungen geregelt.

Während die oben beschriebene Konstruktion wirksam in der für

•ie vorgesehenen Umgebung funktioniert, erkennt man, daß der wirksame Strömungsbereich durch die Strömungsöffnung kontinuierlich mit steigender Temperatur abnimmt. Bei gewissen Instalationen ist es jedoch erwünscht, eine untere Grenze für den wirksamen Flieübereich unbeachtlich weiterer Temperatursteigerungen vorzusehen. Dei der Leerlaufeinlaßöffnung eines Vergasers beispielsweise, während es erwünscht ist, UfJii wirksamen S ti Öniuii£3bereich dox' öffnung in Abhängigkeit von Temperatursto igerunden zu vermindern, gibt es einen

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gewissen minimalen wirksamen Offnungsbereieh, der unbeachtlich weiterer Temperaturanstiege genalten werden muß· Bei einer Ventilkonstruktion, bei der die Bewegung des Ventilkörpers unbehindert ist, kann man offensichtlich mit Temperaturen rechnen, die hoch genug sind, um den wirksamen Strömungsbereich unter das erwünschte Minimum zu verschließen oder ihn sogar vollständig zu verschließen.

Die vorliegende Erfindung sieht eine Ventilanordnung vor, die auf Temperaturveränderungen in einem begrenzten Größenbereich anspricht. Wenn somit die Temperatur über einen ersten Wert ansteigt, der unter irgendeiner vorgewählten Temperatur liegt, dehnt sich der Ventilkörper aus, schiebt sein Strömungsregulierende weiter in die Strömungsöffnung hinein, die diesem zugeordnet ist, und vermindert hierdurch den wirksamen Bereich der Strömungsöffnung. Nachdem der Ventilkörper sich aber um einen gewissen vorbestimmten Wert ausgedehnt hat, bei welchem der Ventilkörper bei der vorgewählten Temperatur steht, tritt eine nach außen vorspringende Schulter auf dem Ventilkörper mit einer nach innen vorspringenden Schulter auf dem Gehäuse in Eingriff, in dem sie befestigt ist, um ein weiteres Vorschieben des konisch geformten Endes des Ventilkörpers um irgendeinen beachtlichen Betrag zu verhindern.

Ein weiterer Temperaturanstieg über die vorgewählte Temperatur und somit eine weitere Ausdehnung des Ventilkörpers wird am gegenüberliegenden Ende des Gehäuses aufgenommen, nämlich wo das gegenüberliegende Ende des Ventilkörpers sich entgegen dem

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Druck einer in dem Gehäuse an dieser Stelle befestigten Feder vorbewegt· Nachdem die Temperatur einen gewissen vorbestimmten Betrag erreicht hat, und der wirksame offene Bereich der Strömungsöffnung auf einen vorbestimmten Betrag vermindert worden ist, bleibt infolgedessen der wirksame Bereich der Strömungsöffnung unbeachtlich weiterer Temperatursteigerungen konstant.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigern

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht der Ventilanordnung, wobei der Ventilkern derselben sich in einer ersten Stellung befindet, Fig. 2 eine Ansicht ähnlich der Fig. 1, aber unter Darstellung des Ventilkerns in einer zweiten Stellung, und

Fig. 3 ein Diagramm zum Vergleich des Verlaufs des Ventilkörpers der vorliegenden Erfindung in Abhängigkeit von der Temperaturveränderung mit dem Verlauf des Ventilkörpers, bei dem dessen Bewegung nicht begrenzt ist.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 erkennt man, daß eine Ventilanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ein Ventilgehäuse 10 mit einer Innenbohrung 11 und einem außen mit Gewinde versehenes Teil 12 aufweist, das sich von einem benachbarten

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Ende "\k von dort zu einem vergrößerten gegenüberliegenden Ende 16 erstreckt. Beim Ende 14 des Gehäuses springt eine Schulter radial nach innen in die Bohrung 11 hinein vor, um einen Anschlag 18 an dieser Stelle zu bilden. Bei seinem vergrößerten Ende 16 wird eine Schulter oder ein Anschlagkörper 22 durch ein nach außen von der Bohrung 11 vorspringendes Teil gebildet.

In dem Gehäuse 10 wird ein vergrößerter, einheitlicher oder einstückiger, stangenartiger Ventilkörper oder Kern Zk mit einem konisch geformten, den Fließmittelstrom regulierenden Ende 26 aufgenommen. Der Ventilkern Zk ist auch mit einer nach außen vorspringenden Schulter 28 versehen, die gegenüberliegend zu dem nach innen vorspringenden Anschlag 18 des Ventilgehäuses angeordnet ist. Das gegenüberliegende Ende des Ventilkerns Zk ist mit einem vergrößerten Kopfteil 30 versehen, um eine nach außen vorspringende Schulter 32 vorzusehen, die gegenüberliegend zur Schulter 22 des Gehäuses 10 angeordnet ist.

Ein Rückhalter 34 ist in das vergrößerte offene Ende des Gehäuses \6 eingepaßt und dient zum Zurückhalten einer Feder 36, die in einer Tasche 38 in dem Ende des Ventilkörpers oder dem Kern Zk befestigt ist. Die somit beschriebene Ventilanordnung kann leicht in einer mit Gewinde versehenen Öffnung eines Körpers kO befestigt werden, mit dem sie vermittels eines äußeren Gewindes 12 verbunden ist, das mit dem komplemetären Gewinde kZ in Eingriff tritt, welches in der

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Wand des Körpers kO gebildet ist.

Somit wird das Gehäuse 10 in den Teil k2 des Körpers 4o eingeschraubt, um ein erwünschtes Spiel oder einen Abstand zwischen dem konisch geformten Ende 26 des Ventilkerns Zh und der Strömungsöffnung hh bei einer vorgewählten Temperatur zu erhalten. Eine Schraubenfeder h6 umgibt den nach außen vorspringenden Teil des Gehäuses 10 und drückt gegen den Körper kO anjeinem Ende und den vergrößerten Kopf 16 des Gehäuses an seinem gegenüberliegenden Ende und dient der Zurückhaltung des Gehäuses im dieser vorbestimmten Stellung. Es versteht sich auch, daß der vergrößerte Kopf 16 des Gehäuses 10 mit einem mit einem Werkzeug in Eingriff tretenden Teil versehen sein kann, wie z.B. dem Schlitz 48, um die Einstellung des Gehäuses in dem mit Gewinde versehenen Teil des Körpers kO zuermöglichen·

Es sei angenommen, daß die Temperatur im Betrieb unter der vorgewählten Temperatur liegt, derart, daß die Stellung des Kerns Zh in dem Gehäuse 10 die in Fig. 1 gezeigte ist. Fließ-

lund

mittelstrom kann in der durch die Pfeile in den Fig. 2 gezeigten Richtung fließen, obwohl es sich versteht, daß die Fließrichtung auch umgekehrt sein kann. In dieser Stellung bemerkt man, daß die nach außen vorspringende Schulter 28 von dem Anschlag 18 beabstandet ist, der von dem nach innen vorspringenden Teil des Gehäuses 10 gebildet ist, und daß die untere Oberfläche des vergrößerten Kopfes 30 des Kerns Zk gegen die nach außen vorspringende Schulter 22 des Gehäu-

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ses 10 sitzt und in dieser Stellung vermittels der Feder 36 gehaltenwird.

Wenn die Temperatur danach ansteigt, dehnt sich der Kern 2k aus, wodurch sich sein konisch geformtes Ende 26 nach vorn weiter in die Strömungsöffnung kk hineinbewegt. Diese Bewegung setzt sich so lange fort, wie die Temperatur ansteigt, bis die Schulter 28 mit dem Anschlag 18 bei vorbestimmter Temperatur in Eingriff tritt, wobei eine zusätzliche Vorwärtsbewegung vernachlässigbar ist, da sie nur durch die Ausdehnung des relativ kurzen Abschnittes des Kerns bewirkt ist, der sich aus der Nachbarschaft der nach außen vorsefepringenden Schulter 28 erstreckt. Ein fortgesetzter Temperaturanstieg und eine angepaßte Ausdehnung des Kerns 2k wird in dem vergrößerten Ende 16 des Gehäuses durch die Bewegung des Kopfes Jo$ entgegn der der Feder 36 angepaßt.

Man erkennt aus Fig. 2, daß sich infolgedessen die untere Oberfläche 32 des Kopfes 30 außer Eingriff mit der nach außen vorspringenden Schulter 22 tritt, welche die Feder 36 zusammendrückt. Wenn die Temperatur danach abfällt, drückt die Feder 36 selbstverständlich zuerst die Schulter 32 in Eingriff mit dem Anschlag 22, und eine weitere Kontraktion des Kerns 2k bewirkt, daß die Schulter 28 vom Anschlag 18 außer Eingriff kommt, wobei das konisch geformte Ende 26 des Kerns 2k aus der Strömungsöffnung kk zurückgezogen wird und dadurch der wirksame Strömungsbereich dort

hindurch anwächst.

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Unter Bezugnahme auf Fig. 3 erkennt man, daß der Verlauf des konisch geformten Endes des Kerns 2k in Abhängigkeit von Temperaturveränderungen im wesentlichen derselbe desjenigen einer Ventilanordnung der in dem oben beschriebenen älteren Vorschlag dargestellten Art ist, bis eine vorbestimmte Vorwärtsbewegung des Kerns 26, wie durch den Buchstaben A auf der Kurve angezeigt ist, erreicht ist. Eine daifib fortgesetzte Temperatursteigerung führt nur zu einem vernachlässigbaren Fortschreiten des Endes 26 des Kerns, wie durch jenen Teil der mit B bezeichneten Kurve dargestellt ist, im Gegensatz zu dem weiteren Verlauf eines entsprechenden Teiles eines Kerns, bei dem seine Bewegung nicht beschränkt ist, wie durch den Teil der mit C in Fig. 3 bezeichneten Kurve beschrieben ist.

Es ist selbstverständlich notwendig, die Länge des Kerns 2k bezüglich der Länge der Bohrung des Gehäuses 10 zu bemessen sowie geeignete Materialien für den Kern und das Gehäuse mit linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten auszuwählen, welche die gewünschten Ergebnisse bringen. In dieser Beziehung fand man, daß das Ventilgehäuse aus einem Material, wie z.B. Stahl mit einem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten von nahezu 6x1 CT⁶ inch/inch/°F. hergestellt sein kann, obwohl ein 20-kOJo mit Glas gefülltes, relativ starres, organisches Polymer, wie z.B. Nylon, auch in zufriedenstellender Weise arbeitet.

Das Material, aus welchem der Kern gebildet ist, muß einen beachtlich höheren linearen Wäremausdehnungskqeffizient haben, der erwünschtermaßen zumindest dreimal größer als der des

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Ventilgehäuses ist. Bei der Konstruktion des Ventilkerns fand man, daß zahlreiche relativ starre, organische Polymere, wie z.B. Nylon, Polyäthylen, Acetalharze, Acrylharze und Polyvinylidenfluorid zufriedenstellend sind. Verwendet man somit Stahl als Gehäusematerial und stellt man den Kern aus Polyvinylidenfluorid her, so wird der lineare Väremausdehnungskoeffizient des Kerns nahezu dreizehnmal größer als der des Gehäuses oder der Hülle sein.

Bs kann jedoch eine breite Vielzahl von Materialien bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung offensichtlich verwendet werden, und bei zahlreichen Kombinationen leicht erhältlicher Materialien liegt der Bereich der Unterschiede der linearen Wäremausdehnungskoeffizienten von etwa 3 bis 25. Die einzigen Erfordernisse bestehen darin, daß die linearen Wäremausdehnungskoeffizienten des Kerns und des Gehäuses ausreichend unterschiedlich sind, um eine beachtliche Kernbewegung zu geben, und daß die Länge des Kerns relativ zu der der inneren Bohrung des Gehäuses derart ist, daß ein beachtlicher Hub oder eine Bewegung des Kerns nur in gewissen vorbestimmten Grenzen ermöglicht ist.

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Claims

Patentansprüche t

) )Temperaturabhängiges Ventil mit einem Ventilgehäuse mit relativ niedrigem linearen Wäremausdehnungskoeffizienten, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine Bohrung (11) längs zum Gehäuse (10) erstreckt, ein Ventilkern (24) im Vergleich zum Gehäuse (lO) einen relativ hohen linearen Yäxmeausdehnungskoeffizienten hat und gleitbar in der Bohrung (11) aufgenommen ist, eine Anschlageinrichtung (18) in der Bohrung (11) benachbart deren einem Ende angeordnet ist, eine mit dem Anschlag in Eingriff tretende Einrichtung (28) auf dem Ventilkern (24) entgegen der Anschlageinrichtung (18) für den Eingriff mit dieser auf Ausdehnung des Kerns (24) angeordnet ist, ein Anschlag (22) neben einem gegenüberliegenden Ende der Bohrung (ii) angeordnet ist, eine mit dem Anschlag in Eingriff tretende Einrichtung (32) auf dem Ventilkern (24) entgegengesetzt zum Anschlag (22) angeordnet ist und eine Einrichtung (36) zum Drücken der mit dem Anschlag in Eingriff tretenden Einrichtung (23) in Eingriff mit dem Anschlag (22) vorgesehen ist·

2.) Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Anschlag (22) ein vergrößertes Teil (16) der Bohrung (11) unter Bildung einer nach außen vorspringenden Schulter aufweist.

3.) Ventil nach Anspruch 2, dadurch ^kennzeichnet, daß die Einrichtung zum Drücken der mit dem Anschlag in Eingriff

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tretenden Einrichtung (32) in Berührung mit dem Anschlag (22) eine Feder (36) aufweist, die in dem vergrößerten Teil (16) der Bohrung (11) angeordnet ist und die mit dem Anschlag in Eingriff tretende Einrichtung (32) gegen den Anschlag (22) stößt.

%.) Ventil nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß ein Rückhalter (3*0 sich nach innen von dem vergrößerten Teil (16) der Bohrung (11) beabstandet zum Anschlag (22) erstreckt und in Eingriff mit der Feder (36) befindet und eine Einrichtung zur Bildung einer Tasche (38) vorgesehen ist, die in dem Kern (24) gebildet ist und die Feder (36) aufnimmt.

5·) Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Anschlag in Eingriff tretende Einrichtung (32) einen nach außen vorspringenden Kopf (30) aufweist, der auf einem Ende des Kerns (24), den Anschlag überlappend, gebildet ist.

6.) Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Drücken des Kopfes (30) in Eingriff mit dem Anschlag (22) eine Feder (36) aufweist und ein Rückhalter (34) in der Bohrung (11) in Eingriff mit der Feder (36) befestigt ist und sich in Abstand zum Anschlag (22) befindet, um die Feder (36) in Berührung mit dem Kern (24) zu halten.

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7·) Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet! daß eine Einrichtung zur Bildung einer Tasche (38) an einem Ende des Kerns (Zh) vorgesehen ist, die die Feder (36) aufnimmt ·

8.) Temperaturabhängiges Ventil, gekennzeichnet durch ein Ventilgehäuse (1O) mit eich längs erstreckender Bohrung (11), eine Einrichtung zur Bildung eines Anschlages (18) neben einem Ende der Bohrung (11) und einem Anschlag (22) neben dem gegenüberliegenden Ende der Bohrung, einen Ventilkern, der gleitbar in der Bohrung (11) aufgenommen ist und Teile (28,32) aufweist, die mit dem Anschlag oder Auflager (18) und dem Anschlag (22) in Eingriff tritt}und eine Länge und einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Kerns (2U) bezüglich der Länge der Bohrung (11) und des linearen Väremausdehnungskoeffizienten des Gehäuses

hat (10) derart/ daß

1) die mit dem Auflager (18) und dem Anschlag (22) in Eingriff tretende Einrichtung (28,32) mit dem Auflager (18) bzw.,dem Anschlag (22) bei einer ersten Temperatur in Eingriff tritt,

2) die mit dem Auflager in Eingriff tretende Einrichtung (28,32) von dem Auflager (18) beabstandet ist und die mit dem Anschlag in Eingriff tretende Einrichtung (32) mit dem Anschlag (22) bei einer zweiten Temperatur in Eingriff tritt, die niedriger als die erste Temperatur ist, und

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3) die mit dem Auflager in Eingriff tretende Einrichtung (28) mit dem Auflager in Eingriff tritt und die mit dem Anschlag in Eingriff tretende Einrichtung (32) von dem Anschlag (22) bei einer dritten Temperatur beabstandet ist, die höher als die erste Temperatur ist.

9·) Ventil nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Bildung einer Strömungsöffnung (44), eine Einrichtung zur Befestigung des Ventilgehäuses (10) bezüglich der Strömungsöfnnung (44), wobei ein Teil des Ventilkerns (24) in der Öffnung angeordnet ist und weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkern (24) im Betrieb den wirksamen offenen Bereich der S trömungs öffnung (44) über einen ersten Temperaturbereich verändert und über einen zweiten Temperaturbereich den wirksamen offenen Bereich im Betrieb relativ wenig verändert·

10.) Ventil nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein Teil (14) der Bohrung (11) neben deren einem Ende, welches verringerten Querschnitt hat und eine nach innen vorspringende Schulter unter Bildung eines Auflagers (18) formt, ein zweites Teil (16) der Bohrung (11) neben einem gegenüberliegenden Ende derselben, welches vergrößerten Querschnitt hat und eine nach außen vorspringende Schulter (22) unter Bildung des Anschlages formt, ein Teil des TCarns , (24) neben einem Ende der Bohrung unter Bildung ©iner nach

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außen vorspringenden Schulter (28), die gegenüber der nach innen vorspringenden Schulter (18) der Bohrung (ii) nach Expansion des Kerns (24) angeordnet ist und mit dieser Schulter (18) in Eingriff tritt, ein Teil (32) des Kerns (24) neben dem gegenüberliegenden Ende der Bohrung (ii) mit vergrößertem Querschnitt unter Bildung eines Kopfes (30), der für den Eingriff mit der nach außen vorspringenden Schulter (22) auf Kontraktion des Kerns (24) hin angeordnet ist, und eine Feder (36), die elastisch den Kopf (30) in Eingriff mit der nach außen vorspringenden Schulter (22) drückt.

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